Tác giả tập trung tìm hiểu và phân tích dây chuyền xeo nói chung và hệ thống thực ở dây chuyền 1 nhà máy giấy Bãi Bằng nói riêng, để đưa ra các kết luận và thực hiện mô hình hóa đối tượn
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - NGUYỄN VĂN HƯNG NGHIÊN CỨU HỆ ĐIỀU KHIỂN BUỒNG SẤY DÂY CHUYỀN XEO GIẤY LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC CHUYÊN NGÀNH: TỰ ĐỘNG HÓA Hà Nội - 2008 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17057205043351000000 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - NGUYỄN VĂN HƯNG NGHIÊN CỨU HỆ ĐIỀU KHIỂN BUỒNG SẤY DÂY CHUYỀN XEO GIẤY LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC CHUYÊN NGÀNH: TỰ ĐỘNG HÓA NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS BÙI QUỐC KHÁNH Hà Nội - 2008 Lời cam đoan Tôi xin cam đoan luận văn tốt nghiệp tơi tự hồn thành hướng dẫn thầy giáo PGS.TS BÙI QUỐC KHÁNH Các số liệu kết luận văn hoàn toàn trung thực Để hoàn thành luận văn này, sử dụng tài liệu tham khảo ghi mục tài liệu tham khảo, không sử dụng tài liệu khác mà không liệt kê phần tài liệu tham khảo Học viên NGUYỄN VĂN HƯNG Lời mở đầu Trong dịp công tác nhà máy giấy Bãi Bằng với nhiệm vụ: Nâng cao tốc độ quay lô sấy phân xưởng Xeo nhà máy Sau trình làm việc, tác giả nhận thấy, đối tượng lý thú hấp dẫn, hệ điều khiển buồng sấy giấy Lý tác giả quan tâm tới điều việc nâng cao tốc độ quay lơ sấy có liên quan tới hệ Thực tế, dây chuyền xây dựng từ năm 80 kỷ trước, vậy, tồn số vấn đề cần nâng cấp, khắc phục Và mục đích cuối ý tưởng nâng cấp nâng cao hiệu sử dụng vốn đem lại lợi ích kinh tế cao Bản luận văn giới hạn việc tìm hiểu, nghiên cứu đưa đề xuất giải pháp nâng cao chất lượng điều khiển cho khâu sấy phân xưởng Xeo nhà máy giấy nói chung, giấy Bãi Bằng nói riêng Tác giả tập trung tìm hiểu phân tích dây chuyền xeo nói chung hệ thống thực dây chuyền nhà máy giấy Bãi Bằng nói riêng, để đưa kết luận thực mơ hình hóa đối tượng Sau đó, đưa cấu trúc điều khiển để thực nâng cao chất lượng điều khiển cho hệ thống Thực sự, q trình tìm hiểu, tác giả khơng tìm nghiên cứu trước hệ sấy cho xưởng Xeo nhà máy giấy nước ta Do vậy, tồn kiến thức có tham khảo sách nước ngoài, đặc biệt khoảng thời gian thực tế nhà máy Bãi Bằng Tôi thực cám ơn giúp đỡ nhiệt tình anh chị kỹ sư, cơng nhân thuộc tổ Nghi khí tổ Cơng nghệ nhà máy Đồng thời, xin cám ơn PGS Bùi Quốc Khánh TS Phạm Quang Đăng, hai người có kinh nghiệm làm việc thực tế xưởng Xeo với kiến thức chuyên sâu dẫn nhiệt tình cho tác giả q trình làm luận văn Tơi cung xin gửi lời cám ơn tới đồng nghiệp tơi góp ý, hỗ trợ tơi suốt thời gian thực luận văn Hà nội, ngày 16 tháng 11 năm 2008 Học viên Nguyễn Văn Hưng Mục lục Lời cam đoan Lời mở đầu Mục lục Danh mục hình vẽ Chương 1: Công nghệ xeo giấy nhà máy sản xuất giấy 1.1 Giới thiệu chung công nghệ sản xuất giấy 1.2 Những tồn khâu sấy 10 1.2.1 Vai trò quan trọng khâu sấy 10 1.2.2 Những tồn cần khác phục 12 Chương 2: Nguyên lý hoạt động trình sấy xưởng Xeo 15 2.1 Cấu tạo nguyên lý hoạt động khâu sấy 15 2.2.1 Cấu hình lơ sấy phân xưởng Xeo 16 2.2.2 Hệ thống hệ thống xử lý nước ngưng phân xưởng Xeo 19 2.2.3 Vòng điều khiển lượng ẩm 22 2.3 Mô tả hoạt động buồng thơng gió 27 2.3.1 Điểm sương 28 2.3.2 Cấu trúc buồng thơng gió 29 2.3 Các giải pháp nâng cao chất lượng điều khiển 32 Chương 3: Mơ hình hóa xây dựng cấu trúc điều khiển 37 3.1 Mơ hình hóa lơ sấy 37 3.1.1.Mơ hình kinh nghiệm 37 3.1.2 Mơ hình động lơ sấy 39 3.2 Phương pháp nhận dạng đối tượng từ thực nghiệm 46 3.2.1 Nhận dạng q trình có dạng IPZ qua đáp ứng bước 47 3.2.2 Nhận dạng trình FOPDT qua đáp ứng bước 49 3.3 Ứng dụng buồng thơng gió vào điều khiển độ ẩm gió 50 3.3.1 Nhận dạng đối tượng ứng dụng buồng khí điều khiển độ ẩm giấy 50 3.3.2 Cấu trúc điều khiển mid-ranging 52 3.3.3 Lợi ích đem lại từ cấu trúc mid-ranging cho hệ sấy 55 3.4 Xây dựng cấu trúc điều khiển 58 3.4.1 Bộ điều khiển cho vòng điều khiển áp suất 58 3.4.2 Thiết kế điều khiển cho vòng điều khiển độ ẩm phương pháp IMC 61 3.4.3 Tính tốn điều khiển theo phương pháp mơ hình nội IMC 67 Chương 4: Mô nhận xét 71 4.1 Mơ vịng điều khiển áp suất cho đối tượng IPZ 71 4.2 Bộ điều khiển IMC cho vòng điều khiển độ ẩm 73 4.2.1 Ứng dụng điều khiển IMC cho vòng điều khiển độ ẩm dùng 73 4.2.2 Vòng điều khiển IMC cho đối tượng buồng thơng gió 75 4.3 Vòng điều khiển độ ẩm với cấu trúc mid-ranging 75 4.4 Nhận xét kết 80 Kết luận 82 Tài liệu tham khảo 83 Danh mục hình vẽ Hình 1.1: Tổng quan cơng nghệ sản xuất giấy Hình 1.2: Quá trình sấy giấy Hình 2.1: Buồng sấy giấy đại hãng Metso Hình 2.2 : Các lơ sấy dây chuyền sản xuất giấy Hình 2.3a: Cấu hình lơ sấy kép Hình 2.3b: Cấu hình lơ sấy đơn Hình 2.4 : Hai lơ sấy lạnh nhóm sấy cuối Hình 2.5: Bố trí lơ sấy nhóm sấy Hình 2.6 Bố trí hai nhóm sấy theo kiểu cascade Hình 2.7: Bố trí kiểu cascade với bốn nhóm sấy Hình 2.8: Hệ sấy sử dụng nén Hình 2.9 Đường đo máy scanner Hình 2.10: Áp suất đặt nhóm lơ sấy Hình 2.11.: Điểm đặt r điều khiển độ ẩm Hình 2.12: Cấu trúc điều khiển thường gặp vịng điều khiển độ ẩm Hình 2.13 : Các thơng số liên quan khâu sấy Hình 2.14: Hai yếu tố tự nhiên ảnh hưởng tới trình sấy Hình 2.15 : Ngun lý cấu tạo hệ thống thơng gió buồng sấy Hình 2.16 : Cấu hình hộp thổi khí khoang sấy kép đơn Hình 2.17: Vị trí hộp gió dây chuyền sấy đại hãng Metso Hình 2.18 : Áp suất buồng thơng gió Hình 2.19 : Hệ Xeo dây chuyền nhà máy Bãi Bằng Hình 2.20: Mơ tả hệ điều khiển sấy dây chuyền Xeo Hình 2.21 : Hiện tượng đứt giấy buồng sấy Hình 3.1: Đáp ứng bước vịng hở mơ hình đối tượng IPZ Hình 3.2: Gradient nhiệt độ lơ sấy Hình 3.3 : Đáp ứng bước Step mơ hình IPZ Hình 3.4: Đáp ứng bước trình FOPDT Hình 3.5 : Đáp ứng độ ẩm giấy điếm sương nguồn cấp khí thay đổi Hình 3.6: Ứng dụng điển hình cấu trúc điều khiển dải Hình 3.7: Cấu trúc điều khiển dải đơn giản Hình 3.8: Cấu trúc điều khiển dải cho điều chỉnh vị trí van Hình 3.9: Cấu trúc điều khiển dải kiểu lai Hình 3.10 a: Cơng suất sấy hệ buồng gió Hình 3.10 b: Công suất tổng kết hợp hai hệ khí Hình 3.10 c: Vùng làm việc đáp ứng nhanh hai hệ khí Hình 3.11 :Vịng điều khiển áp suất Hình 3.12 Sơ đồ khối mạch vịng điều khiển cho đối tượng IPZ Hình 3.13: Đánh giá chất lượng trình độ qua số Ms Hình 3.14: Cấu trúc mid-ranging đề xuất áp dụng điều khiển độ ẩm Hình 3.15: Điều khiển vịng hở Hình 3.16: Sơ đồ điều khiển mơ hình nội Hình 3.17: Chuyển đổi tương đương điều khiển mơ hình nội Hình 3.18: Dạng thu gọn điều khiển mơ hình nội Hình 4.1: Vịng điều khiển áp suất Hình 4.2: Bảng tham số cho đối tượng IPZ Hình 4.3 :Các tham số cho đối tượng IPZ Hình 4.4 Đáp ứng điều khiển PID cho đối tượng IPZ Hình 4.5 : Cấu trúc điều khiển IMC (lý tưởng) Hình 4.6 : Khả loại trừ nhiễu tốt Hình 4.7: Bộ điều khiển PID tổng hợp theo IMC Hình 4.8 : Đáp ứng đầu Hình 4.9: Cấu trúc điều khiển mid-ranging cho hệ điều khiển độ ẩm Hình 4.10 : Giá trị tham số cho đối tượng Process Object Hình 4.11 : Giá trị tham số cho đối tượng Process Object1 Hình 4.12: Tham số cho điều khiển PID2 Hình 4.13: Tham số cho điều khiển PID1 Hình 4.14 : Đáp ứng tín hiệu điều khiển cấu chấp hành hệ thống (trên) van gió buồng gió (dưới) Hình 4.15: Đáp ứng đầu hai hệ: Khơng có mid-ranging (trên) hệ mid-ranging (dưới) Hình 4.16: Đáp ứng tín hiệu điều khiển cấu chấp hành hệ thống (trên) van gió (dưới) Hình 4.17 : Đáp ứng đầu hai hệ: Khơng có mid-ranging (trên) hệ mid-ranging (dưới) Chương 1: Công nghệ xeo giấy nhà máy sản xuất giấy Chương nêu lên vai trò quan trọng giấy đời sống người Đồng thời giới thiệu vắn tắt công nghệ sản xuất giấy vai trò quan trọng khâu sấy nhà máy giấy, công nghệ khảo sát thực tế nhà máy giấy Bãi Bằng Tiếp theo, qua thực tế, tác giả đưa cố thường gặp khâu sấy nhiệm vụ cần giải 1.1 Giới thiệu chung cơng nghệ sản xuất giấy Ngày nay, giấy đóng vai trò quan trọng đời sống thường ngày chúng ta, giấy sử dụng hầu hết lĩnh vực đời sống in ấn, viết, cho đóng gói, cho ứng dụng khác giấy ăn hay giấy vệ sinh Những sản phẩm có chất lượng khác nhiều Một số loại giấy đòi hỏi chất lượng cao là: • Giấy cho in ấn viết, • Giấy in cho báo tạp chí, • Giấy ăn cao cấp, • Giấy in tiền, • Giấy đóng gói • Giấy bìa cứng Trong thời đại phát triển ngày nay, giấy trở thành nguyên liệu xuất khắp nơi giới Giấy đóng vai trị thực quan trọng đời sống hàng ngày người Ngành cơng nghiệp giấy ngành cơng nghiệp địi hỏi vốn lớn mơi trường cạnh tranh cao Điều thể hiển áp lực giá sản phẩm Áp lực giá dựa sản phẩm thành phẩm cho thấy lợi nhuận đơn vị sản phẩm nhỏ, người sản xuất thực thu lợi nhuận cao sản xuất với số lượng lớn Trước tìm hiểu vấn đề điều khiển khâu sấy xưởng xeo, ta tìm hiểu nguyên lý chung công nghệ sản xuất giấy qua công đoạn sau: a Công đoạn xử lý nguyên liệu: Nguyên liệu tre nứa gỗ từ bãi nguyên liệu đưa vào băng chuyền, phun rửa trước vào máy chặt Tại máy chặt tre nứa, gỗ đập dập, chặt thành mảnh nhỏ có kích thước yêu cầu, sau đưa qua hệ thống rửa mảnh qua băng tải đến sân chứa mảnh suất cỡ vài trục tấn/h Gỗ đưa đến hệ thống bóc vỏ băng tải xích đưa vào thùng bóc vỏ Sau bóc vỏ gỗ chặt theo kích thước u cầu Sau mảnh gỗ đưa qua sàng chọn đến sân chứa mảnh gỗ Năng suất máy chặt gỗ khoảng từ 20-60 tấn/h tuỳ thuộc công suất nhà máy Mảnh tre nứa gỗ thổi đến nồi nấu theo tỷ lệ yêu cầu b Công đoạn nấu: Bột giấy sản suất theo phương pháp sunphát có cơng đoạn thu hồi hoá chất Nguyên liệu nấu mẻ nồi nấu bột hình trụ đứng Sau nấu xong bột, phóng sang bể phóng có dung tích cỡ 400-500 m Từ bể phóng bột chuyển qua máy đánh tơi đưa đến phận rửa Năng suất nấu bột khoảng 150-200 tấn/ngày (Số liệu lấy từ nhà máy giấy Bãi Bằng) c Công đoạn rửa sàng: Bột sau qua máy đánh tơi đưa tới máy rửa lọc chân không Tại bột rửa để thu hồi hoá chất nấu bột dịch đen lỗng có nồng độ cỡ 13%, sau đưa tới hệ thống chưng bốc Bột đen rửa đưa tới hệ thống sàng gồm: sàng áp lực, sàng thô sàng lọc cát Mấu mắt bột sống bị loại khỏi bột đưa xuống sàng, cô đặc xuống vít tải thải ngồi Bột tốt đưa tới công đoạn tẩy trắng d Công đoạn tẩy trắng: Bột từ sàng đưa vào bể chứa từ bể chứa bột đen đưa vào tẩy trắng Công đoạn tẩy gồm giai đoạn: - Bột clo hố Cl , - Sau đó, kiềm hoá để loại bỏ hợp chất mầu clorua lignin khỏi bột, - Tiếp theo, bột tẩy tiếp NaClO để nồng độ trắng tăng lên theo yêu cầu Để đảm bảo độ trắng tăng theo yêu cầu đặt ra, phải thực công đoạn tẩy diễn cách nghiêm túc, trì thích hợp yếu tố: nồng độ bột, mức dùng hoá chất, nhiệt độ, thời gian độ PH - Bột sau tẩy trắng đưa vào bể chứa để đưa sang phân xưởng xeo giấy Năng suất công đoạn tẩy trắng tính theo hàng trăm tấn/ngày e Cơng đoạn xeo giấy: Trước vào máy xeo, bột giấy đưa qua hệ thống nghiền côn để làm tăng diện tích tiếp xúc, tăng khả liên kết thớ sợi với tạo điều kiện cho khả hình thành tờ giấy tốt Sau nghiền bột phối hợp với phụ gia khác như: cao lanh, nhựa thông , phèn số chất khác mức độ phù hợp với yêu cầu chất lượng giấy Sau bột qua hệ thống phụ trợ: Sàng áp lực, lọc cát, để loại bỏ chùm sơ sợi cát sạn đưa lên hòm phun bột Bột phun lên lưới hình thành tờ giấy ướt có độ khơ 18-20% qua hệ thống ép ướt, độ khô cửa tờ giấy đạt 40%, đưa vào hệ thống sấy Tại giấy sấy khơ ổn định độ khơ 93-94% Sau tờ giấy xử lý để làm nhẵn bề mặt, mịn chuyển đến phận cuộn lại phận hồn thành để gia cơng, chế biến thành sản phẩm giấy cuộn, giấy A4, A3, giấy học sinh…theo yêu cầu khách hàng